Masina de inductie - Definitie si elemente constructive

Masina de inductie

1.1.Definitie si elemente constructive

-La masina de inductie normala , campul magnetic este produs de curenti electrici alternativi. Infasurarea parcursa de acesti curenti se numeste infasurarea primara, care poate fi monofazata sau polifazata. Masini monofazate se construiesc pentru puteri mici pana la cativa kilovati. Masinile obisnuite sunt trifazate.

A doua parte activa a masinii este imdusul in care este plasata infasurarea secundara. In mod obisnuit, partea fixa a masinii indeplineste rolul de inductor, iar rotorul, este indus.

Masina de inductie normala se construieste sub doua forme: masini de inductie cu rotor cu inele sau cu rotor bobinat, la care infasurarea rotorica polifazata de curent alternativ este conectata la inele de contact, si masini de inductie cu rotor in colivie simpla sau multipla.

Masina de inductie polifazata poate functiona in regim de motor, de generator sau de frana electromagnetica. Ea se utilizeaza in cea mai mare masura ca motor si este cel mai raspandit motor electric, datorita calitatilor deosebite, de simplitate constructiva si siguranta in exploatare.

Masina de inductie se construieste pentru tensiuni de pana la 10 kv, puteri de la cativa wati pana la zeci de megawati si turatii de cateva sute pana la o suta de mii de rotatii pe minut. Turatiile masinilor obisnuite, la frecventa de 50 Hz, sunt cuprinse intre 500 si 3 000 rpm.

Masinile de inductie cu rotor in colivie se construiesc obisnuit pentru puteri de pana la 1 000 de kW. S-au construit si masini pentru puteri mai mari, cele bipolare pana la 4 200 kW si tetrapolare pana la 10 000 kW. Limita puterii acestor masini, determinata de rezistenta mecanica a rotorului, este de 12 MW pentru masini bipolare si de 20 MW pentru masini tetrapolare.

-Terminologia generala referitoare la masini electrice rotative este data in STAS 4861-73.

Marimile nominale sunt inscrise pe placuta indicatoare a masinii. Pentru motoarele de inductie trifazate de la 0,6 pana la 100 kW si tensiuni pana la 500 V, puterile, tensiunile si turatiile nominale sunt date in STAS 881-71, iar pentru cele cu puteri de la 100kW pana la 1 000 kW in STAS 6587-68.

Caracteristicile electrice si electromecanice sunt date in STAS 1764-70.

Fierul activ este o masina de inductie care are o parte fixa, statorul, prevazuta cu o infasurare de curent alternativ, mono, sau trifazata si o parte mobila, rotorul.

In figura 1 este prezentat un motor de inductie cu rotor in colivie demontat.

In figura 2 este prezentata o sectiune longitudinala printr-un motor de inductie cu rotor bobinat, prevazut cu dispozitiv de scurtcircuitare si ridicare a periilor de pe inelele de contact.

Masina de inductie are intre fier constant care se ia cat se poate mai mic si este determinat de considerenta mecanice. Intrefierul are valori intre 0,2 si 2 mm, valorile mici corespunzand masinilor cu puteri de ordinul watilor, iar cele mari, masinilor puternice cu conditii grele de functionare. Masinile obisnuite, cu puteri de ordinul watilor, iar cele mari, masinilor puternice cu conditii grele de functionare. Masinile obisnuite, cu puteri de ordinul kW-tilor au intrefier de 0,5; 0,7 mm.

-Crestaturile sunt semi inchise. Numai la masini cu tensiuni mari la care bobinele se executa separat se utilizeaza crestaturi deschise.

La masinile de inductie se utilizeaza aproape cu exclusivitate, infasurari intregi, intr-un strat si in doua straturi, pentru a obtine un camp magnetic cu un continut de armonici superioare pe cat se poate mai redus. Infasurarile statorice in doua straturi se executa, de cele mai multe ori, cu pas scurtat, iar cele rotorice in doua straturi, cu pas diametral. Infasurarea in colivie la masinile mici si mijlocii, se executa, de cele mai multe ori , cu pas scurtat iar ce rotorice in doua straturi cu pas diametral. Infasurarea in colivie la masinile mici si mijlocii, se executa pe scara larga din aluminiu turnat sub presiune (fig. 1), iar la masini mai mari din cupru, bronz sau alama.

Rotoarele cu infasurari in colivie sunt mai simple, mai robust si mai ieftine decat cele cu inele si, din acest motiv, cand nu se impun conditii speciale de pornire si modificare a vitezei de rotatie, se utilizeaza in masura larga la puteri mici si mijlocii.

In vederea reducerii zgomotului, la masinile normale se utilizeaza crestaturi cu deschideri cat mai mici si inclinate fata de generatoare, iar la micro masini se utilizeaza constructii special cum sunt rotoarele fara crestaturi, compuse din mai multe straturi radiale, axiale sau tangential, motoare cu istereza si motoare cu rotor in forma de pahar.

Forma carcasei depinde de tipul constructiv al masinii. In general, masinile de puteri mici si mijlocii au lagarele fixate in scuturi, cum se vede in figurile 1.si 2. Cele mai mari le au separate de stator, fixate pe o placa de baza comuna.

-Masinile mici si mijlocii au in general lagare cu rulmenti, iar cele mari, cu alunecare. Cand se urmareste o functionare linistita, se utilizeaza lagare cu alunecare si la masinile mai mici.

Ca material pentru carcase se utilizeaza fonta si otelul. Otelul se utilizeaza, ca de obicei, la unicate si cand se urmareste reducerea greutatii masinii.

Masinile pentru puteri de pana la 4 kw adeseori prevazute cu carcase din aluminiu.

1.2.Regimurile de functionare

Masina de inductie functioneaza in regim de generator, motor sau frana, in raport cu valoarea vitezei de rotatie a rotorului fata de cea sincrona a campului magnetic invartitor. Cand energia electromagnetica intra in rotor, iar acesta efectueaza in exterior lucru mecanic, are loc regimul de motor.

Daca sensul este invers are loc regimul de generator, iar daca energia electromagnetica intra in rotor si din exterior se efectueaza lucru mecanic rotind rotorul, are loc regimul de frana electromagnetic.

De obicei in studiul masinii de inductie se utilizeaza viteza relativa rotorului fata de campul magnetic invartitor raportata la viteza de sincronism, numita alunecare, notate cu s, sub forma s=(n1-n)/n1. Rotorul se roteste cu turatia n, cotata pozitiv in sensul lui n1. Sunt reprezentate : forta electrodinamica F exercitata asupra curentului indus in conductorul rotoric considerat, momentul electromagnetic de rotatie M si M2 de la arbore. In figura 3. a,n<0 (s>1),M si n1 au acelasi sens, deci energia electromagnetica trece din stator in rotor. M2 si n avand sensuri opuse, se efectueaza lucru mecanic din exterior asupra motorului. Cazul a corespunde regimului de frana>

In cazul b, cand 0<n<n1 sau 0<s<1, are loc regimul de motor caci M2 si n au acelasi sens, iar in cazul c, are loc regimul de generator.

1.3. Ecuatiile masinii de inductie

-In cazul unei masini de inductie oarecare, in regim nestationar sunt valabile ecuatiile generale

Aceleasi ecuatii trebuie avute in vedere si in cazul studiului regimului stationar oarecare.

Pornirea motoarelor de inductie polifazate

Pornirea motoarelor de inductie polifazate

-Pentru ca un motor de inductie sa fie adus in stare de functionare trebuie sa fie conectat la retea si viteza de rotatie sa creasca de la zero la valoarea corespunzatoare sarcinii. Acest process se numeste proces de pornire si apare ca un proces normal in exploatare. In intervalul procesului de pornire, marimile electromagnetice variaza si se pot atinge valori importante. Procesul de pornire trebuie sa se desfasoare astfel incat sa nu influenteze dezavantajos aici asupra retelei de alimentare, prin modificarea tensiunii acesteia, si nici asupra masinilor sau instalatiilor actionate. In instalatiile moderne, procesul de pornire de obicei este automatizat.

In cadrul studiului procesului de pornire se urmaresc marimile raportului Kp dintre curentul de pornire si curentul nominal; dependent in raport cu timpul a curentului de pornire.

La pornirea unui motor de inductie, se disting doua procese tranzitorii: unu electric, determinat de conectarea motorului la retea si un proces mecanic in care motorul trebuie sa ajunga in regimul stationar. De obicei, primul proces dureaza mult mai putin decat al doilea si chiar si atunci cand cele doua procese incep in acelasi timp, procesul electric se neglijeaza.

Anexe

Fig 1.Motor de inductie cu rotor in colivie demontat

Fig .2. motor de inductie cu rotor bobinat, prevazut cu dispozitiv de scurtcircuitare si ridicare a periilor de pe inelele de contact.

Fig. 3. Principiul functionarii masinii de inductie in diferite regimuri

Fig 4. Schemele electrice ale masinilor de inductie

Fig 5. Reprezentarea schematic a unei faze statorice si a uneia rotorice a masinii de inductie simetrice.

Fig 6. Curentul si cuplul in functie de turatie pentru masini cu rotoare de diferite tipuri

Fig 7. (a,b,c) Masina monofazata cu poli ecranat